KR102339762B1 - 증발원 및 이를 구비한 증착 장치 - Google Patents

증발원 및 이를 구비한 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 일단이 개방되는 선형의 중공부를 구비하는 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 외주에서 돌출되며 상기 중공부와 연통되는 연결관을 포함하는 하우징과; 내부에 증발물질이 수용되며 상부가 개방되는 수납부가 구비되며, 상기 하우징 몸체의 개방된 일단을 통해 상기 중공부로 슬라이딩되어 삽입되는 도가니를 포함하는, 증발원이 제공된다.

Description

증발원 및 이를 구비한 증착 장치{Evaporation source and Apparatus for deposition having the same}
본 발명은 증발원 및 이를 구비한 증착 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 진공 챔버에서 도가니를 용이하게 장착 또는 분리시킬 수 있는 증발원 및 이를 구비한 증착 장치에 관한 것이다.
유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.
이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이다.
유기 전계 발광 소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공열증착방법으로 기판 상에 증착된다.
진공열증착방법은 진공 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 승화되는 증발입자를 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다.
종래 기술에 따른 증착 장치의 경우, 기판에 대한 증착이 이루어지는 진공 챔버를 다리 등을 이용하여 바닥면에서 띄워져 설치된다. 바닥면에서 띄워진 진공 챔버의 하단에는 증착 공정 수행을 위한 각종 기구물들이 설치되어 있다.
또한, 증발물질의 소진된 경우 도가니 교체를 용이하게 하기 위하여 진공 챔버의 하단에서 증발물질이 충전되는 도가니가 결합된다.
기판에 대한 증착과정에서 도가니의 증발물질이 소진된 경우 도가니 교체 과정은, 진공 챔버에서 도가니를 하향으로 하강시켜 분리하여 도가니를 교체한다. 도가니가 교체되면 다시 증발물질이 충전된 도가니의 하단에서 상단방향으로 상향 상승시켜 진공 챔버에 결합하게 된다.
그러나, 최근 기판이 대형화됨에 따라 도가니에 많은 양의 증발물질을 충전하기 위하여 도가니의 길이가 증가되었고, 증가된 길이로 인하여 도가니의 교체가 어려운 문제점이 있었다.
대한민국특허 공개공보 제2006-0111040호
본 발명은 진공 챔버에서 도가니를 용이하게 장착 또는 분리시킬 수 있는 증발원 및 이를 구비한 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일단이 개방되는 선형의 중공부를 구비하는 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 외주에서 돌출되며 상기 중공부와 연통되는 연결관을 포함하는 하우징과; 내부에 증발물질이 수용되며 상부가 개방되는 수납부가 구비되며, 상기 하우징 몸체의 개방된 일단을 통해 상기 중공부로 슬라이딩되어 삽입되는 도가니를 포함하는, 증발원이 제공된다.
상기 연결관의 단부와 연결되는 노즐부를 더 포함하며, 상기 연결관과 상기 노즐부 사이에는 탄성력을 갖는 금속 재질로 이루어지는 메탈 스프링 가스켓(metal spring gasket)이 개재될 수 있다.
상기 노즐부는, 상기 연결관의 상단과 결합되는 이송관과; 상기 이송관과 연통되도록 상기 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 복수의 노즐이 형성되는 확산관을 포함할 수 있다.
상기 도가니의 외주면을 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징 몸체의 상기 중공부의 내벽에는 상기 중공부의 길이 방향을 따라 가이드 홈이 형성되며, 상기 도가니의 외주면에는, 상기 가이드 홈과 상응하여 상기 도가니의 길이 방향으로 가이드 돌기가 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 도가니와 상기 연결관 사이에 위치하도록 상기 중공부에 횡방향으로 결합되며, 복수의 구멍이 형성되는 베플 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 중공부의 일단을 개방 또는 밀폐하는 덮개를 더 포함할 수 있다.
기판에 증발입자를 증착하는 증착 장치로서, 진공 챔버와; 상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 기판이 안착되는 기판 안착부와; 상기 기판에 대향하여 상기 증발입자를 분출하는 노즐부와; 상기 노즐부와 연통되도록 상기 노즐부와 결합되는 상기 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하는, 증착 장치가 제공된다.
상기 진공 챔버의 바닥면에는 관통홀이 형성되며, 상기 증발원은 상기 관통홀을 통하여 상기 노즐부와 연통될 수 있다.
상기 노즐부는, 상기 관통홀을 통하여 상기 연결관의 상단과 결합되는 이송관과; 상기 이송관과 연통되도록 상기 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사 노즐이 형성되는 확산관을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진공 챔버에서 도가니를 용이하게 장착 또는 분리시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원과 노즐부의 결합관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베플 플레이트의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 포함하는 증착 장치를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 증발원 및 이를 구비한 증착 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(10)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(10)과 노즐부(20)의 결합관계를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(10)의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베플 플레이트(40)의 사시도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원을 포함하는 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 5에는, 증발원(10), 중공부(12), 하우징 몸체(14), 연결관(16), 하우징(18), 노즐부(20), 증발물질(22), 수납부(24), 도가니(26), 메탈 스프링 가스켓(28), 이송관(30), 분사 노즐(31), 확산관(32), 가열부(34), 가이드 홈(36), 가이드 돌기(38), 베플 플레이트(40), 구멍(39), 덮개(42), 기판(44), 진공 챔버(46), 기판 안착부(48), 바닥면(52), 관통홀(50), 다리(54), 증착공간(56)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 증발원(10)은, 일단이 개방되는 선형의 중공부(12)를 구비하는 하우징 몸체(14)와, 하우징 몸체(14)의 외주에서 돌출되며 중공부(12)와 연통되는 연결관(16)을 포함하는 하우징(18)과; 내부에 증발물질(22)이 수용되며 상부가 개방되는 수납부(24)가 구비되며, 하우징 몸체(14)의 개방된 일단을 통해 중공부(12)로 슬라이딩되어 삽입되는 도가니(26)를 포함한다.
하우징(18)은, 일단이 개방되는 선형의 중공부(12)를 구비하는 하우징 몸체(14)와, 하우징 몸체(14)의 외주에서 돌출되어 형성되는 중공부(12)와 연통되는 연결관(16)으로 구성된다.
하우징 몸체(14)는, 일방향으로 길게 연장되는 선형의 형상으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 진공 챔버의 바닥에 대해 평행하게 배치될 수 있다. 하우징 몸체(14)의 내부에는 일단이 개방되고 타단이 폐쇄된 중공부(12)가 형성되어 있어, 개방된 일단으로 도가니(26)를 수평방향으로 하우징 몸체(14)의 중공부(12)에 인출시키거나 인입시킬 수 있다. 본 실시예에서는 하우징 몸체(14)가 원통 형상으로 형성되어 있지만, 직사각형 단면을 갖는 튜브 형태의 사각 기둥 형상 등의 다양한 형태를 갖을 수 있다.
연결관(16)은 하우징 몸체(14)의 외주에서 돌출되며, 연결관(16)의 내부는 하우징 몸체(14)의중공부(12)와 연통되어 도가니(26)에서 분출되는 증발입자가 연결관(16)을 통해 외부로 분출된다.
한편, 연결관(16)에서 분출되는 증발입자가 바로 기판(44)에 증착되도록 증발원(10)을 구성하는 것도 가능하나, 도 2에 도시된 바와 같이, 연결관(16)의 단부에 노즐부(20)를 연결하여 연결관(16)에서 분출되는 증발입자가 노즐부(20)를 통해 기판(44)에 증착되도록 구성하는 것도 가능하다.
본 실시예는 노즐부(20)를 T자 형으로 구성하여 노즐부(20)를 통하여 증발입자가 선형으로 분출되도록 구성한 형태이다. 이에 대해서 아래에서 설명하기로 한다.
도가니(26)는, 내부에 증발물질(22)이 수용되며 상부가 개방되는 수납부(24)가 구비되며, 하우징 몸체(14)의 개방된 일단을 통해 중공부(12)로 슬라이딩되어 삽입된다. 도가니(26)의 내부에는 용기 형상의 수납부(24)가 구비되며, 수납부(24)에는 증발물질(22)이 수용된다. 도가니(26)의 수납부(24)에 수용된 증발물질(22)은 도가니(26)의 가열에 따라 기화 또는 승화되어 증발입자로 변환되고, 증발입자는 수납부(24)의 상부를 통해 하우징 몸체(14)의 중공부(12)로 분출되어 연결관(16)을 통해 외부로 분출된다.
도가니(26)는 하우징 몸체(14)의 개방된 일단을 통해 중공부(12)로 슬라이딩되면서 중공부(12)로 인입되거나 인출된다. 따라서, 하우징(18)을 수평 방향으로 배치한 경우, 하우징(18)의 개방된 일단을 통해 도가니(26)를 수평방향으로 하우징(18)의 중공부(12)로 인입시키거나 인출시킬 수 있다.
통상, 기판(44)에 대한 증착이 이루어지는 진공 챔버(46)는 그 하단에 다리(54) 등을 두어 바닥면(52)에서 띄워져 설치되는데, 진공 챔버(46)의 바닥에 대해 하우징(18)을 평행하게 설치하는 경우, 하우징(18)에 대해 도가니(26)를 횡방향으로 슬라이딩 시키면서 인입시키거나 인출시킬 수 있어, 진공 챔버(46)의 높이에 상관없이 증발물질(22) 충전 시 도가니(26)를 증발원(10)에 용이하게 장착 또는 분리시킬 수 있다.
그리고, 하우징(18)에 대한 도가니(26)의 인입을 용이하게 하기 위하여, 하우징 몸체(14)의 중공부(12)의 내벽에는 중공부(12)의 길이 방향을 따라 가이드 홈(36)이 형성될 수 있고, 도가니(26)의 외주면에는, 가이드 홈(36)과 상응하여 도가니(26)의 길이 방향으로 가이드 돌기(38)가 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 가이드 홈(36)이 중공부(12)의 내벽에 서로 대향하는 위치에 쌍을 이루어 형성되고, 이에 상응하여 가이드 돌기(38)가 도가니(26)의 외벽에 길이 방향으로 따라 쌍을 이루어 형성된 형태를 제시한다.
하우징(18)에 대해 도가니(26)를 인입시킬 때, 도가니(26)의 가이드 돌기(38)가 하우징(18)의 가이드 홈(36)을 따라 이동되면서 하우징(18)의 중공부(12) 내에서 도가니(26)의 위치가 설정될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 증발원(10)은, 도가니(26)와 연결관(16) 사이에 위치하도록 중공부(12)에 횡방향으로 결합되며, 복수의 구멍(39)이 형성되는 베플 플레이트(40)를 더 포함할 수 있다.
베플 플레이트(40)는, 하우징 몸체(14)의 중공부(12)의 상단에 길이 방향을 따라 횡방향으로 결합되어 있으며, 하우징(18)에 슬라이딩 되는 삽입되는 도가니(26)는 베플 플레이트(40)의 하단에 위치하게 된다.
베플 플레이트(40)에는 복수의 구멍(39)이 형성되어 있으며 도가니(26)의 가열에 따라 생성된 증발입자는 베플 플레이트(40)의 구멍(39)을 통과하여 연결관(16)으로 분출된다. 베플 플레이트(40)는 도가니(26)에서 불규칙하게 증발되는 증발입자를 고르게 분포시켜 연결관(16)을 통해 외부로 분출되도록 한다. 한편, 베플 플레이트(40)의 다수의 구멍(39)의 개구율을 조정하여 증발원(10)에서 분출되는 증발입자의 량과 분출 속도를 조절할 수 있다.
그리고, 본 실시예에 따른 증발원(10)은, 도가니(26)의 수납부(24)에 수용되는 증발물질(22)을 가열시켜 증발입자로 증발시키기 위한 가열부(34)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 하우징 몸체(14)의 외주면을 따라 열선을 권선하여 도가니(26)를 가열하도록 가열부(34)를 구성하였다.
하우징(18)의 중공부(12)를 밀폐시키기 위하여, 하우징 몸체(14)의 중공부(12)의 일단을 개방 또는 밀폐하는 덮개(42)를 둘 수 있다. 도가니(26)의 가열에 따라 생성되는 증발입자가 하우징 몸체(14)의 일단에서 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 하우징 몸체(14)의 일단을 밀폐시킬 수 있는 덮개(42)을 둔 것이다.
본 실시예에서는, 덮개(42)의 일측을 하우징(18)의 일단의 일측과 힌지결합을 시켜 회전을 통하여 개방하거나 밀폐하도록 구성한 형태를 제시하였다. 밀폐시에는 덮개(42)를 하우징(18)의 일단을 밀착시킨 상태에서 덮개(42)를 하우징(18)의 일단에 고정하게 된다.
도 5에는 본 실시예에 따른 증발원(10)이 적용된 증착 장치가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 증착 장치는, 진공 챔버(46)와; 진공 챔버(46) 내부에 배치되며, 기판(44)이 안착되는 기판 안착부(48)와; 기판(44)에 대향하여 증발입자를 분출하는 노즐부(20)와; 노즐부(20)와 연통되도록 노즐부(20)와 결합되는 증발원(10)을 포함한다.
진공 챔버(46)의 내부에는 증착공간(56)이 마련되는데, 증착공간(56)은 증발입자의 증착을 위하여 진공 분위기가 유지된다. 기판(44)은 증착공간(56)으로 로딩되어 진공 챔버(32)의 기판 안착부(48)에 의해 안착된다. 기판(44)의 대향하는 위치에는 기판(44)에 대향하여 증발입자를 분출하는 노즐부(20)가 배치된다. 노즐부(20)에는 상술한 증발원(10)이 결합되어 증발입자를 노즐부(20)로 공급하고, 증발입자는 노즐부(20)를 통해 분출되어 기판(44)에 증착된다.
본 실시예에 따른 증착 장치를 보다 자세히 살펴보면, 진공 챔버(46)의 하단에 다리(54)를 두어 진공 챔버(46)를 바닥면(52)에서 띄워져 설치하였고, 진공 챔버(46)의 바닥 아래에는 진공 챔버(46)의 바닥에 형성된 관통홀(50)을 통해 하우징(18)의 연결관(16)이 진공 챔버(46) 내부의 노즐부(20)와 결합되어 있다.
하우징(18)은 진공 챔버(46)의 바닥과 평행하게 설치되어 있으며, 이에 따라, 하우징(18)에 대해 도가니(26)를 횡방향으로 슬라이딩 시키면서 인입시키거나 인출시킬 수 있다. 따라서, 진공 챔버(46)의 높이에 상관없이 증발물질(22) 충전 시 도가니(26)를 증발원(10)에 용이하게 장착 또는 분리시킬 수 있다.
노즐부(20)는, 하우징(18)의 연결관(16)과 연결되는 이송관(30)과, 이송관(30)에 횡방향으로 결합되어 확산관(32)을 포함하는데, 확산관(32)의 길이 방향으로 형성되는 분사 노즐(31)을 통해 증발입자가 선형으로 분출된다.
이송관(30)은, 길이 방향으로 관통부가 형성된 튜브 형태로서, 하단이 하우징(18)의 연결관(16)의 개방된 상단과 연통되도록 결합될 수 있다. 도가니(26)에서 분출되는 증발입자는 이송관(30)을 통해 확산관(32)으로 안내된다. 진공 챔버(46)의 바닥면(52)에는 관통홀(50)이 형성되며, 이송관(30)은 관통홀(50)을 통하여 노즐부(20)와 연결된다.
확산관(32)은, 양단이 막히고 내부에 중공부(12)가 마련된 튜브 형태로서, 이송관(30)과 서로 연통되도록 이송관(30)의 상단에 횡방향으로 결합된다. 서로 결합된 이송관(30)과 확산관(32)은 대략 T형 상을 갖게 된다. 확산관(32)의 상단에는 확산관(32)의 길이 방향으로 분사 노즐(31)이 형성된다.
분사 노즐(31)은, 다수의 구멍이 확산관(32)의 길이 방향으로 이격되어 형성된 형태이거나, 확산관(32)의 길이 방향으로 형성된 긴 슬릿 형태일 수 있다. 본 실시예에서는 분사 노즐(31)로서 확산관(32)의 길이 방향을 따라 다수의 구멍이 형성된 형태를 제시한다.
한편, 하우징(18)의 연결관(16)과 노즐부(20)의 이송관(30)의 밀폐력을 높이기 위하여, 하우징(18)의 연결관(16)과 노즐부(20)의 이송관(30) 사이에는 탄성력을 갖는 금속 재질로 이루어지는 메탈 스프링 가스켓(28)(metal spring gasket)이 개재될 수 있다.
상기에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
10: 증발원 12: 중공부
14: 하우징 몸체 16: 연결관
18: 하우징 20: 노즐부
22: 증발물질 24: 수납부
26: 도가니 28: 메탈 스프링 가스켓
30: 이송관 31: 분사 노즐
32: 확산관 34: 가열부
36: 가이드 홈 38: 가이드 돌기
39: 구멍 40: 베플 플레이트
42: 덮개 44: 기판
46: 진공 챔버 48: 기판 안착부
50: 관통홀 52: 바닥면
54: 다리 56: 증착공간

Claims (10)

  1. 진공 챔버의 외부에 상기 진공 챔버의 바닥에 대해 평행하게 배치되며 일단이 개방되는 선형의 중공부를 구비하는 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 외주에서 돌출되어 상기 진공 챔버의 내부로 진입되며 상기 중공부와 연통되는 연결관을 포함하는 하우징과;
    내부에 증발물질이 수용되며 상부가 개방되는 수납부가 구비되며, 상기 하우징 몸체의 개방된 일단을 통해 상기 중공부로 슬라이딩되어 삽입되는 도가니와;
    상기 연결관의 단부와 연결되며 상기 진공 챔버의 내부에 배치되는 노즐부와;
    상기 연결관과 상기 노즐부 사이에 개재되는 탄성력을 갖는 금속 재질로 이루어지는 메탈 스프링 가스켓(metal spring gasket)과;
    상기 하우징 몸체의 외주면을 따라 권선되는 열선을 포함하며, 상기 도가니의 외주면을 가열하는 가열부를 포함하며,
    상기 하우징은,
    상기 중공부의 일단을 개방 또는 밀폐하는 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 연결관의 상단과 결합되는 이송관과;
    상기 이송관과 연통되도록 상기 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 복수의 노즐이 형성되는 확산관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 몸체의 상기 중공부의 내벽에는 상기 중공부의 길이 방향을 따라 가이드 홈이 형성되며,
    상기 도가니의 외주면에는, 상기 가이드 홈과 상응하여 상기 도가니의 길이 방향으로 가이드 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는, 증발원.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 도가니와 상기 연결관 사이에 위치하도록 상기 중공부에 횡방향으로 결합되며, 복수의 구멍이 형성되는 베플 플레이트를 더 포함하는, 증발원
  7. 삭제
  8. 기판에 증발입자를 증착하는 증착 장치로서,
    진공 챔버와;
    상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 기판이 안착되는 기판 안착부와;
    상기 기판에 대향하여 상기 증발입자를 분출하는 노즐부와;
    상기 노즐부와 연통되도록 상기 노즐부와 결합되는 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 증발원을 포함하는, 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진공 챔버의 바닥면에는 관통홀이 형성되며,
    상기 증발원은 상기 관통홀을 통하여 상기 노즐부와 연통되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치
  10. 제9항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 관통홀을 통하여 상기 연결관의 상단과 결합되는 이송관과;
    상기 이송관과 연통되도록 상기 이송관의 상단에 횡방향으로 결합되며, 상측에 길이 방향으로 분사 노즐이 형성되는 확산관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
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